痰液转录组分析揭示非甾体抗炎药加重性呼吸道疾病伴严重2型哮喘的两种独特分子亚型：基于GATA3表达差异的识别

《Clinical & Experimental Allergy》：Two Distinct Transcriptional Subtypes of Severe Type 2 Asthma in NSAID-Exactableerbated Respiratory Disease

【编辑推荐】 本研究通过对27例非甾体抗炎药加重性呼吸道疾病（N-ERD）合并严重2型（T2）哮喘患者进行痰液细胞转录组学分析，发现了两个截然不同的转录亚型：簇1（T2-高/GATA3-低）和簇2（T2-高/GATA3-高）。研究表明，痰液GATA3表达水平可作为区分这两种具有不同炎症特征（如嗜酸性粒细胞、巨噬细胞计数及前列腺素D2(PGD2) 水平差异）的严重哮喘亚型的关键生物标志物，为N-ERD的精准分型与个体化治疗提供了新见解。

　　

文章内容归纳总结

引言

非甾体抗炎药加重性呼吸道疾病（Nonsteroidal Anti-inflammatory Drug-Exacerbated Respiratory Disease, N-ERD）的特征是在服用环氧化酶-1（Cyclooxygenase-1， COX-1）抑制剂后哮喘加重，通常与慢性鼻-鼻窦炎伴鼻息肉（Chronic Rhinosinusitis with Nasal Polyps, CRSwNP）相关。约14%的N-ERD患者会发展为严重哮喘，即使经过高剂量吸入性糖皮质激素（Inhaled Corticosteroids, ICSs）和长效β₂受体激动剂优化治疗，病情仍控制不佳。N-ERD的病理生理涉及花生四烯酸（Arachidonic Acid， AA）代谢失调，导致半胱氨酰白三烯（Cysteinyl Leukotrienes， CysLTs）和前列腺素D₂（Prostaglandin D₂， PGD₂）合成增加，而前列腺素E₂（Prostaglandin E₂， PGE₂）产生减少。然而，诱导痰（Induced Sputum， IS）中脂质介质和炎症谱的显著个体间差异凸显了疾病的异质性。先前研究证明了N-ERD表型的异质性，并且严重哮喘合并阿司匹林过敏患者的痰液mRNA基因表达可能存在差异。本研究旨在通过无监督聚类分析，识别严重哮喘合并阿司匹林过敏患者的独特转录亚型。

方法

研究纳入了27名符合2022年全球哮喘防治创议（Global Initiative for Asthma， GINA）2型（Type 2， T2）严重哮喘标准且伴有阿司匹林过敏的N-ERD患者。所有患者在基线时（阿司匹林脱敏治疗前1天）采集诱导痰样本。研究基于87个基因的转录特征，结合临床特征和生物标志物测量，使用聚类分析确定了两种不同的亚型，并在研究参与者之间进行比较。数据分析使用了多个R软件包进行聚类分析，并采用方差分析和事后Tukey检验比较组间连续变量。

结果

研究确定了两个转录组簇：簇1（10名患者）和簇2（17名患者）。两个簇在人口统计学特征或哮喘严重程度的临床标志物上没有显著差异。然而，在炎症细胞模式和生物标志物方面存在显著差异。

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  簇1的特征是：痰液GATA3表达较低（-0.294 log rel GAPDH），同时伴有多个炎症基因的激活。该簇患者表现出痰液嗜酸性粒细胞计数和百分比增加，痰液巨噬细胞计数和百分比降低。此外，簇1患者的痰上清液（Induced Sputum Supernatant， ISS）中PGD₂水平升高，伦德-麦凯评分（Lund-Mackay score）和周围血嗜酸性粒细胞计数有升高趋势。该簇还表现出与嗜酸性粒细胞、肥大细胞、中性粒细胞、先天性免疫、炎症、抗病毒反应、气道重塑以及花生四烯酸代谢途径相关的多种基因转录本表达上调。
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  簇2的特征是：痰液GATA3表达较高（0.978 log rel GAPDH），而其他大多数差异表达转录本的水平显著较低。该簇患者痰液巨噬细胞百分比更高。

相关性分析显示，在整个患者队列中，痰上清液PGD₂水平与CCR3基因表达及痰嗜酸性粒细胞百分比呈正相关。尿液白三烯E₄（Leukotriene E₄， LTE₄）水平也与CCR3基因表达正相关。在簇1内部，PGD₂水平与组氨酸脱羧酶（Histidine Decarboxylase， HDC）和类胰蛋白酶α1（Tryptase Alpha-1， TPSAB1）基因表达正相关；尿液LTE₄水平则与血嗜酸性粒细胞计数、痰嗜酸性粒细胞百分比以及CCR3、HDC、白三烯C₄合酶（Leukotriene C₄Synthase， LTC4S）基因表达正相关。簇2中未发现显著相关性。

痰液GATA3表达与CD4、前列腺素降解酶（15-Hydroxyprostaglandin Dehydrogenase， HPGD）、前列腺素D合成酶（Hematopoietic Prostaglandin D Synthase， HPGDS）和白细胞介素17受体B（Interleukin 17 Receptor B， IL17RB）的表达呈正相关，但与许多其他转录本（如ALPL、CLC、CXCL8等）的表达呈负相关。

通过受试者工作特征曲线分析，确定了区分两个簇的GATA3相对表达截断值为0.86（低于此值为簇1）。此外，血嗜酸性粒细胞计数> 420/mm³和ISS PGD₂水平> 32.74 pg/mL也可作为区分簇1的潜在指标。两个簇还因环氧化酶-2（COX-2， 由PTGS2编码）与环氧化酶-1（COX-1， 由PTGS1编码）转录本比值不同而分离，簇1的比值更高。

讨论

本研究发现，尽管存在两种不同的转录亚型，但伴有N-ERD的严重哮喘临床表型在簇间大体相似，仅存在细微差异，如痰液嗜酸性粒细胞和巨噬细胞计数或脂质介质水平的差异。关键发现是识别了超出传统Th2_高/Th2_低或ILC2_高/ILC2_低范式的N-ERD患者严重哮喘亚型。所有参与者均表现出难治性T2内型。簇1代表了一种复杂的炎症模式，其特征是严重的T2炎症伴GATA3转录下调。簇1中痰液嗜酸性粒细胞百分比更高，其诱导痰特征与这些细胞的标志物转录本（如PRG2、CCR3、CLC、CPA3、TPSAB1）占主导地位相符。PGD₂和尿液LTE₄与痰液和血液嗜酸性粒细胞以及嗜酸性粒细胞和肥大细胞相关基因呈正相关。抑制PGD₂合成或阻断其受体（如CRTH2）可能是治疗此类患者的一种选择。同样，更高的15-脂氧合酶-1（15-lipoxygenase-1， 15-LOX-1， 由ALOX15编码）表达伴随着更高的痰嗜酸性粒细胞百分比。抑制白细胞介素4受体α（IL-4Rα）信号传导可能是该簇患者的另一个治疗选择。因此，研究人员假设簇1患者代表了伴随Th2_低和/或ILC2_低分子亚型的GATA3-低转录亚型的严重T2哮喘。

有趣的是，簇2患者的痰液巨噬细胞百分比更高。巨噬细胞具有功能多样性，并可调节哮喘表型。簇2中编码干扰素γ（Interferon γ， IFN-γ）、白细胞介素4（Interleukin-4， IL-4）和白细胞介素13（Interleukin-13， IL-13）的基因与簇1共同表达，但白细胞介素10（Interleukin-10， IL-10）在簇1中表达更高。研究表明，巨噬细胞能促进T2炎症，并且N-ERD中巨噬细胞存在表观遗传重编程。因此，研究人员假设簇2患者代表了伴随Th2_高分子亚型的GATA3-高转录亚型的严重T2哮喘。

两个簇均共同表达了参与花生四烯酸代谢的酶及其产物受体的转录本。然而，PTGS1、PTGS2、前列腺素E合酶（Prostaglandin E Synthase， PTGES）、CysLT受体1/2（CYSLTR1， CYSLTR2）和ALOX15在簇1中表达更高，并伴有更高的PGD₂水平。簇2中升高的COX-2转录本似乎与COX-1转录本的升高无关，这清楚地区分了两个簇。

研究也存在一些局限性，包括样本量可能影响簇的识别、部分细胞因子低于检测阈值、未进行痰液淋巴细胞表型分析、缺乏纵向评估、以及大剂量吸入性糖皮质激素可能对痰液细胞谱产生影响等。未来的研究需要在更大的独立队列中进行验证，并采用更灵敏的检测方法和单细胞技术来进一步阐明驱动GATA3表达的细胞和分子机制。

结论

总之，痰液基因表达谱分析能够在伴有N-ERD的严重T2哮喘患者中识别出两种不同的转录亚型：T2-GATA3-低和T2-GATA3-高亚型。痰液GATA3表达是识别这些转录亚型的有用生物标志物。这些结果突显了Th2_高和/或ILC2_高与Th2_低和/或ILC2_低气道炎症机制之间复杂的相互作用，这些特征在严重T2哮喘合并阿司匹林过敏患者中同时存在且相互重叠。越来越多的证据表明，N-ERD患者的严重T2哮喘是一种异质性疾病。基于临床经验和研究，有必要从遗传或分子内型的角度重新审视伴有阿司匹林过敏的严重T2哮喘。